Metastabile metalliske nanopartikler kan finde anvendelse i elektronik, optik

Rice University videnskabsmænd har udvidet deres teknik til at producere grafen i en flash for at skræddersy egenskaberne af andre 2-D materialer.

Kemikeren James Tours laboratorier og materialeteoretikeren Boris Yakobson rapporterede i American Chemical Society's ACS Nano de har med succes "flashet" store mængder af 2-D dichalcogenider, ændre dem fra halvledere til metalliske.

Sådanne materialer er værdifulde for elektronik, katalyse og som smøremidler, blandt andre applikationer.

Processen anvender flash Joule-opvarmning - ved hjælp af en elektrisk ladning til dramatisk at hæve materialets temperatur - for at omdanne halvledende molybdændisulfid og wolframdisulfid. Pulsens varighed og udvalgte tilsætningsstoffer kan også styre de nu metalliske produkters egenskaber.

"Denne hurtige proces giver os mulighed for at lave en helt ny klasse af højt værdsatte materialer i stor skala og uden brug af opløsningsmidler eller vand, " sagde Tour.

Todimensionelle dicalcogenider ligner sekskantet grafen ovenfra, men at se dem fra en vinkel afslører en sandwichlignende struktur. I molybdændisulfid, for eksempel, et enkelt plan af molybdænatomer sidder mellem lignende, men offset, svovlplaner.

At fremstille hvert materiale i dets metalliske fase (kendt som 1T) krævede tidligere langt mere komplekse processer, ifølge forskerne. Selv da, produkterne var kendt for at være ustabile under omgivende forhold. Flash Joule-opvarmning ser ud til at løse det problem, producerer metastabile dicalcogenider på en tusindedel af et sekund.

pulveriseret, kommercielt tilgængelige dicalcogenider blandet med kønrøg eller wolframpulver for at øge deres ledningsevne blev anbragt i et keramisk rør forsynet med elektroder og flashet med mere end 1, 350 ampere strøm i en brøkdel af et sekund, derefter hurtigt afkølet. Med røret under vakuum, fremmede gasser blev udluftet, efterlader for det meste rene metaller, der skal høstes.

Ifølge Yakobson-holdets beregninger, den store energitilførsel tvinger strukturelle defekter til at dukke op i materialernes krystalgitre, tilføjelse af negative ladninger, der gør 1T til den termodynamisk foretrukne fase.

"Det er en interessant hurtig fremadgående inkarnation af Le Chateliers princip:Underspænding, materialet ændres til en mere ledende 1T-fase, at modvirke/reducere de påførte elektriske felter, " sagde medforfatter Ksenia Bets, en forsker i Yakobson-gruppen. "Vores detaljerede beregninger afslører, at den kinetiske vej er indirekte:Det sublimerende svovl skaber et ledigt gitter, der energisk foretrækker en 1T-struktur."

At forhold og tilsætningsstoffer kan påvirke slutproduktet bør føre til en systematisk undersøgelse af mulige variationer, sagde Tour.

Ris kandidatstuderende Weiyin Chen er hovedforfatter af papiret. Yderligere medforfattere er Rice kandidatstuderende Zhe Wang, Emily McHugh, Wala Algozeeb og Jinhang Chen; postdoktorale forskere Duy Xuan Luong og Bing Deng; alumner Muqing Ren og Michael Stanford; assisterende forskningsprofessor Hua Guo; forsker Guanhui Gao; og studerende John Tianci Li og William Carsten.

Tour er T.T. og W.F. Chao Chair i kemi samt professor i datalogi og i materialevidenskab og nanoteknik. Yakobson er Karl F. Hasselmann professor i materialevidenskab og nanoteknik og professor i kemi.